satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2026-25-2-100-106sat-2941Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕMECHANICAL ENGINEERING АND ENGINEERING SCIENCEПроизводственный технологический процесс лазерной резки с использованием гидроабразивной обработкиManufacturing Technology Process of Laser Cutting Using Waterjet MachiningКачановИ. В.KachanovI. V.

Доктор технических наук, профессорАдрес для переписки:Качанов Игорь ВладимировичБелорусский национальный технический университетпросп. Независимости, 65,220013, г. Минск, Республика Беларусь Тел.: +375 17 249-56-77

hidrokaf@bntu.by

Address for correspondence:Kachanov Igor V.Belarusian National Technical University 65, Nezavisimosty Ave.,220013, Minsk, Republic of Belarus Tel.: +375 17 249-56-77

hidrokaf@bntu.by

hidrokaf@bntu.byФилипчикА. В.FilipchikA. V.

г. Минск

Minsk

ВолковА. В.VolkovА. V.

Доктор технических наук, профессор

г. Москва

Moscow

ШаталовИ. М.ShatalovI. M.

Инженерг. Минск

Minsk

ИвановД. М.IvanovD. M.

Инженерг. Минск

Minsk

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarussian National Technical UniversityBelarusМеждународный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова Белорусского государственного университетаБеларусьInternational Sakharov Environmental Institute of Belarusian StateBelarusНациональный исследовательский университет «МЭИ»РоссияNational Research University ‘Moscow Power Engineering Institute’Russian FederationМеждународный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова Белорусского государственного университетаБеларусьInternational Sakharov Environmental Institute of Belarusian State UniversityBelarus202625042026252100106Copyright © Качанов И.В., Филипчик А.В., Волков А.В., Шаталов И.М., Иванов Д.М., 20262026Качанов И.В., Филипчик А.В., Волков А.В., Шаталов И.М., Иванов Д.М.Kachanov I.V., Filipchik A.V., Volkov А.V., Shatalov I.M., Ivanov D.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/2941

В статье представлены результаты экспериментальных и производственных исследований, посвященных изучению влияния качества поверхности металлических изделий, очищенных по гидроабразивной технологии (основана на использовании бентонитовой глины в составе водной струи), на скорость лазерной резки. С целью анализа воздействия различных параметров гидроабразивной обработки (ГАО) на эффективность лазерной резки металлических поверхностей выполнены производственные испытания. В ходе данных испытаний применялись три группы образцов из конструкционной стали марки Ст10, имеющих габариты 200´200 мм и толщину в диапазоне от 2 до 12 мм. Выбор данной марки стали обусловлен ее широким применением в машиностроении для изготовления машин, механизмов и сварных конструкций, а также ее оптимальным сочетанием высоких прочностных характеристик с относительно невысокой стоимостью. Применение в составе рабочей струи бентонитовой глины с концентрацией Кб = 2–3 % приводит к увеличению силового воздействия и образованию на очищенной детали пленочного покрытия; кальцинированная сода с концентрацией Кк.с = 2–3 % позволяет поддерживать рабочий раствор во взвешенном состоянии; сажа с концентрацией Ксж = 11–13 % способствует образованию пленочного покрытия с высокими светопоглощающими свойствами; вода исключает пылеобразование в зоне обработки. Представленное исследование подтверждает, что метод ГАО является эффективным (в сравнении с дробеструйной очисткой) для повышения производительности процесса лазерной резки Ст10) на 15–20 %. Внедрение модернизированного технологического процесса, основанного на применении гидроабразивной обработки вместо традиционной дробеструйной очистки, позволяет полностью исключить операцию, ранее предназначенную для удаления грата с поверхности детали. Отсутствие грата наряду с увеличением скорости лазерной резки напрямую обусловлено предварительной обработкой заготовки (в виде защитного кожуха) методом ГАО, реализованным с применением инновационного запатентованного состава.

The article presents the results of experimental and production studies dedicated to investigating the influence of the surface quality of metal products cleaned using hydro-abrasive technology (based on the use of bentonite clay in a water jet) on the laser cutting speed. To analyze the impact of various hydro-abrasive treatment (HAT) parameters on the efficiency of laser cutting of metal surfaces, production tests were carried out. During these tests, three groups of samples made of St10 structural steel, with dimensions of 200´200 mm and thicknesses ranging from 2 to 12 mm, were used. The choice of this steel grade is due to its widespread use in mechanical engineering for making machines, mechanisms, and welded structures, along with its excellent combination of high strength characteristics with a relatively low cost. The use of bentonite clay with a concentration of Kb = 2–3 % in the working jet leads to an increase in the force impact and the formation of a film coating on the cleaned part; soda ash with a concentration of Kk.s = 2–3 % allows the working solution to be kept in suspension; carbon black with a concentration of Kszh = 11–13 % promotes the formation of a film coating with high light-absorbing properties; water eliminates dust formation in the processing zone. The presented study confirms that the HAT method is effective (compared to shot blasting) for increasing the productivity of the laser cutting process (St10) by 15–20 %. The implementation of a modernized technological process based on the use of hydro-abrasive treatment (HAT) instead of traditional shot blasting allows for the complete elimination of the operation previously intended for removing burrs from the part surface. The absence of burrs, along with the increased speed of laser cutting, is directly due to the preliminary processing of the workpiece (in the form of a protective casing) using HAT method, implemented with an innovative patented composition.

технологиямашиностроениелазерная резкакоррозияочисткамашиныметаллструяабразивбентонитовая глинаскорость резкигратмеханикаtechnologymechanical engineeringlaser cuttingcorrosioncleaningmachinesmetaljetabrasivebentonite claycutting speedburrmechanicsReferencesСысоев, С. К. Технология машиностроения. Проектирование технологических процессов: учеб. пособие для СПО / С. К. Сысоев, А. С. Сысоев, В. А. Левко. 4-е изд., стер. СПб.: Лань, 2025. 352 с.Sysoev S. K., Sysoev A. S., Levko V. A. (2025) Mechanical Engineering Technology. Design of Technological Processes. 4th ed. Saint Petersburg, Lan Publ. 352 (in Russian).Марголит, Р. Б. Технология машиностроения: учеб. для вузов / Р. Б. Марголит. М.: Изд-во Юрайт, 2025. 413 с.Margolit R. B. (2015) Mechanical Engineering Technology. Moscow, Yurait Publ. 413 (in Russian).Попок, Н. Н. Основы технологии машиностроения: учеб. пособие / Н. Н. Попок, В. И. Абрамов; Министерство образования Республики Беларусь, Полоцкий государственный университет. Новополоцк: ПГУ, 2020. 272 с.Popok, N. N., Abramov V. I. (2020) Fundamentals of Mechanical Engineering Technology. Novopolotsk, Polotsk State University. 272 (in Russian).Материаловедение. Перспективные машиностроительные и специальные материалы (с электронным приложением): учеб. пособие / Н. А. Свидунович, В. М. Константинов, П. А. Витязь [и др.]; под. ред. Н. А. Свидуновича, В. М. Константинова. Минск: РИВШ, 2024. 628 с.Svidunovich, N. A., Konstantinov V. M., Vityaz' P. A., Voitov I. V., Kuis D. V., Myurek M. N., Grigor'ev I. E. (2024) Materials Science. Advanced Mechanical Engineering and Special Materials (with Electronic Appendix). Minsk, National Institute for Higher Education. 628 (in Russian).Шершнев, Е. Б. Технологии лазерной и механической модификации материалов электронной техники: монография / Е. Б. Шершнев; Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Ф. Скорины». Минск: Типография «Интегралполиграф», 2025. 347 с.Shershnev E. B. (2025) Technologies for Laser and Mechanical Modification of Materials of Electronic Equipment. Minsk: Printing House “Integralpoligraph”. 347 (in Russian).Евтихиев, Н. Н. Лазерные технологии: учеб. пособие / Н. Н. Евтихиев, О. Ф. Очин, И. А. Бегунов. 2-е исправ. изд. Долгопрудный: Интеллект, 2022. 239 с.Evtikhiev N. N., Ochin O. F., Begunov I. A. (2022) Laser Technologies. 2nd ed. Dolgoprudny, Intellekt Publ. 239 (in Russian).Григорьянц, А. Г. Лазерная резка металлов: учеб. пособие / А. Г. Григорьянц, А. А. Соколов. М.: ДиректМедиа, 2021. 128 с.Grigoriyants A. G., Sokolov A. A. (2021) Laser Cutting of Metals. Moscow, Direct-Media Publ. 128 (in Russian).Технология струйной гидроабразивной очистки и защиты от коррозии стальных изделий с применением бентонитовой глины / И. В. Качанов, А. В. Филипчик, В. Е. Бабич [и др.]. Минск: БНТУ, 2016. 167 с.Kachanov I. V., Filipchyk A. V., Babich V. E., Zhuk A. N., Ushev S. I. (2016) Technology of Hydroabrasive Cleaning and Corrosion Protection of Steel Products Using Bentonite Clay. Minsk, Belarusian National Technical University. 167 (in Russian).Повышение эффективности лазерной резки стальных материалов путем предварительной обработки гидроабразивным способом / И. В. Качанов, А. В. Филипчик, И. М. Шаталов [и др.] // Наука и техника. 2025. Т. 24, № 4. С. 278–283. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2025-24-4-278-283Kachanov I. V., Filipchik A. V., Shatalov I. M., Ivanov D. M., Zyk A. N. (2025) Improving the Efficiency of Laser Cutting of Steel Materials by Pre-Treatment with Waterjet Method. Nauka i Tehnika = Science & Technique, 24 (4), 278–283 (in Russian). https://doi.org/10.21122/2227-1031-2025-24-4-278-283Практическое применение гидроабразивной очистки металлических поверхностей от коррозии при эксплуатации пожарной аварийно-спасательной техники / А. В. Филипчик, В. С. Ковалевич, А. Б. Бычек [и др.] // Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций: методы, технологии, проблемы и перспективы: сб. материалов V Междунар. заоч. науч.-практ. конф. Светлая Роща: филиал ИПП УГЗ МЧС Беларуси, 2021. С. 102–104.Filipchyk A. V., Kovalevich V. S., Bychek A. B., Losich A. I., Bontsevich A. A. (2021) Practical Application of Hydroabrasive Cleaning of Metal Surfaces from Corrosion During the Operation of Fire-Fighting Emergency and Rescue Equipment. Preduprezhdenie i likvidatsiya chrezvychainykh situatsii: metody, tekhnologii, problemy i perspektivy: sb. materialov V Mezhdunar. zaoch. nauch.prakt. konf. [Prevention and Elimination of Emergency Situations: Methods, Technologies, Problems and Prospects: Collection of Materials of the 5th International Correspondence Scientific and Practical Conference]. Svetlaya Roshcha Village: Branch of Institute for Retraining and Advanced Training of University of Civil Protection of the Ministry of Emergency Situations of the Republic of Belarus, 102–104 (in Russian).Патент BY 17688, МПК B08B 3/04 (2006.01). Состав для подготовки металлической поверхности под лазерную резку: № а 20111188: заявлено 12.09.2011: опубл. 30.04.2013 / Качанов И. В., Филипчик А. В., Мойса А. С., Яглов В. Н., Филипчик Я. В., Шаповалов В. В.; заявитель БГТУ. URL: https://by.patents.su/3-17688-sostavdlya-podgotovki-metallicheskojj-poverhnosti-pod-lazernuyurezku.htmlKachanov I. V., Filipchyk A. V., Moisa A. S., Yaglov V. N., Filipchyk Ya. V., Shapovalov V. V. (2013) Composition for Preparing Metal Surface for Laser Cutting: Patent BY 17688 (in Russian).Буканов, А. М. Технический углерод: учебное пособие / А. М. Буканов, Н. Я. Овсянников, Л. А. Ковалева. М.: МИРЭА, 2018. 79 с.Bukanov A. M., Ovsyannikov N. Ya., Kovaleva L. A. (2018) Technical Carbon. Moscow, Moscow Institute of Radio Engineering, Electronics and Automation. 79 (in Russian).Кельцев, В. В. Сажа: свойства, производство и применение / В. В. Кельцев, П. А. Теснер. Л.–М.: Гостоптехиздат, 1952. 172 с.Keltsev V. V., Tesner P. A. (1952) Soot: Properties, Production and Application. Leningrad, Moscow, Gostoptekhizdat Publ. 172 (in Russian).Зуев, В. П. Производство сажи: учеб. пособие / В. П. Зуев, В. В. Михайлов. М.: Химия, 1965. 329 с.Zuev V. P., Mikhailov V. V. (1965) Production of Soot. Moscow, Khimiya Publ. 329 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.